Aurélie 21/06/11
 

 

    Les Curie " pionniers de l'atome" : bac S centre étrangers 2011.


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La radioactivité naturelle

A partir des travaux d'Henri Becquerel sur l'uranium, c'est en 1898 que Marie et Pierre Curie découvrent la propriété atomique qu'ont certains éléments lourds d'émettre spontanément un rayonnement.
Marie Curie donnera le nom de radioactivité à cette propriété persistante dans tous les états chimiques et physiques de la matière.
C'est également en 1898 qu'ils annoncent la découverte de deux nouveaux éléments radioactifs : le polonium et le radium.
Leurs travaux seront couronnés par deux prix Nobel, l'un en 1903, l'autre en 1911.

Noyau
22688Ra
22286Rn 42He neutron
proton
masse en u
225,9791
221,9703
4,00150
1,008665
1,007276

  Unité de masse atomique : 1 u = 1,66606 10 -27 kg ; 

1 an » 365,25 j ; célérité de la lumière dans le vide : c = 3,00 10 8 m.s-1

Constante d'Avogadro : NA = 6,02 1023 mol-1

Constante de Planck : h = 6,6310 -34 J.s ; 1 eV = 1,60 10 -19 J
Masse molaire du radium : M = 226,0 g.mol-1
On rappelle la relation :  l t½ = ln 2, où l est la constante radioactive, et t½ la demi-vie.
 Le becquerel est une unité de mesure utilisée en radioactivité, donner sa définition.
Le becquerel ( Bq) est l'unité de l'activité d'un noyau radioactif : le becquerel est égal au nombre de désintégrations par seconde.

 Le noyau de radium 22688Ra se désintègre spontanément en donnant un noyau de radon 22286Rn lui-même radioactif. Cette désintégration s'accompagne de l'émission d'un rayonnement g de longueur d'onde 6,5410-12 m.

          Donner la composition du noyau de radium.
88 protons et 226-88 =138 neutrons.

          Ecrire l'équation de la réaction de désintégration du radium et préciser le type de radioactivité.

22688Ra --->     22286Rn*  42He.
Emission d'un noyau d'hélium : type de radioactivité alpha.      





Expliquer la présence du rayonnement g émis lors de la désintégration du radium.
Quelle information fournit-elle sur le noyau ?.
22286Rn*---> 22286Rn + g.
Le noyau fils se trouve dans un état excité : il libère son surplus d'énergie sous forme d'un photon gamma et revient à l'état fondamental.

Déterminer l'énergie libérée par la désintégration d'un noyau de radium, on la notera E et on l'exprimera en joules.
E =  Dm c2 =[ m(22286Rn) + m(42He) - m(22688Ra) ]c2.
m(22286Rn) + m(42He) - m(22688Ra) =221,9703 + 4,00150-225,9791 = -0,0073 u
0,0073 *1,66606 10 -27 = 1,216224 10-29 kg.
E =
-1,216224 10-29 *(3,00 10 8)2 =-1,0946 10-12 ~ -1,09 10-12 J.
Le signe signifie que le système libère de l'énergie dans le milieu extérieur.

L'activité d'un gramme de radium est égale à A = 3,70 1010 Bq = 1 Curie.

 Déterminer le nombre N de noyaux de radium présents dans l'échantillon de 1,00 g.
N = m NA / M = 1,00 *6,02 1023  / 226,0 =2,6637 1021 ~ 2,66 1021 noyaux.

Calculer le temps de demi-vie t½ du radium et vérifier que t½  = 1,58 103 années.
Constante radioactive l = A / N =3,70 1010 / 2,6637 1021 =1,389 10-11 s-1.
t½ = ln2 / l =ln2 / 1,389 10-11 = 4,99 1010 s.
4,99 1010 / (365,25*24*3600) =1,5813 103 ~1,58 103 années.
Au bout de combien de temps les 3/4 des noyaux de radium seront-ils désintégrés ?

A chaque demi-demi-vie radioactive, le nombre de noyaux initiaux est divisé par deux.
Au bout d'une demi-vie, il reste 50 % des noyaux initiaux ; au bout de deux demi-vie il reste25 % des noyaux initiaux.
Réponse 2t½ = 3,16 103 années.


La radioactivité artificielle.

Irène et Frédéric Joliot-Curie découvrent en 1934 la radioactivité artificielle, ce qui leur vaudra le prix Nobel de physique en 1935. Ils ont notamment réussi la synthèse du phosphore30 (3015P), isotope radioactif du phosphore 31 (3015P).
Le phosphore 30, produit artificiellement, se transforme spontanément par désintégration ß+ en silicium 30 (3014Si), noyau obtenu directement dans son état fondamental.
La diversité des radioéléments artificiels a permis leur utilisation dans les domaines de la médecine, la biologie, l'astrophysique, la géophysique, la radiothérapie, la datation...

. Exploitation du texte
Quelle est la différence entre la radioactivité naturelle et la radioactivité artificielle ?
La radioactivité naturelle se manifeste lors de la désintégration spontanée de noyaux radioactifs instables existant à l'état naturel.
La radioactivité artificielle intervient lors de la désintégration de noyaux radioactifs instables, artificiels, n'existant pas à l'état naturel, produit dans des réacteurs nucléaires par exemple.

Pourquoi le phosphore 30 est-il dit isotope du phosphore 31 ?
 3015P et 3115P possèdent le même numéro atomique mais des nombres de neutrons différents.

 






Désintégration du phosphore 30

Donner le nom et le symbole de la particule émise lors d'une désintégration ß +.
Le positon 01e.

Ecrire l'équation de la désintégration du phosphore 30 en indiquant les lois utilisées.
3015P---> 3014Si + 01e.
Conservation de la charge : 15 = 14 + 1.
Conservation du nombre de nucléons : 30 = 30 + 0.

Y a t-il émission d'un rayonnement lors de la désintégration du phosphore 30 ? Justifier.

3014Si se trouve dans son état fondamental ; il n'y a pas d'émission de photon gamma.
Seul le positon
01 est émis.







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